工程力學(xué)在材料中的應(yīng)用首先要了解什么叫工程力學(xué)，工程力學(xué)是干什么的？工程力學(xué)一般包括理論力學(xué)的靜力學(xué)和材料力學(xué)的有關(guān)內(nèi)容，是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律和有關(guān)構(gòu)建的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性理論的科學(xué)，是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。這里我們只對(duì)工程力學(xué)在材料中應(yīng)用進(jìn)行討論，即材料力學(xué)。材料力學(xué)在生活中的應(yīng)用十分廣泛。大到機(jī)械中的各種機(jī)器建筑中的各個(gè)結(jié)構(gòu)小到生活中的塑料食品包裝很小的日用品。各種物件都要符合它的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求才能夠安全、正常工作所以材料力學(xué)就顯得尤為重要。生活中機(jī)械常用的連接件如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮其剪切應(yīng)力。汽車的傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機(jī)的主軸等發(fā)生的變形屬于扭轉(zhuǎn)變形?；疖囕S、起重機(jī)大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件在設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮幾個(gè)方面的變形如車床主軸工作時(shí)同時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲及壓縮三種基本變形鉆床立柱同時(shí)發(fā)生拉伸與彎曲兩種變形。在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了一些極端條件下的工程技術(shù)問題所涉及的溫度高達(dá)幾千度到幾百萬度壓力達(dá)幾萬到幾百萬大氣壓應(yīng)變率達(dá)百萬分之一億分之一秒等。在這樣的條件下介質(zhì)和材料的性質(zhì)很難用實(shí)驗(yàn)方法來直接測(cè)定。為了減少耗時(shí)費(fèi)錢的實(shí)驗(yàn)工作需要用微觀分析的方法闡明介質(zhì)和材料的性質(zhì)在一些力學(xué)問題中出現(xiàn)了特征尺度與微觀結(jié)構(gòu)的特征尺度可比擬的情況因而必須從微觀結(jié)構(gòu)分析入手處理宏觀問題出現(xiàn)一些遠(yuǎn)離平衡態(tài)的力學(xué)問題必須從微觀分析出發(fā)以求了解耗散過程的高階項(xiàng)由于對(duì)新材料的需求以及大批新型材料的出現(xiàn)要求尋找一種從微觀理論出發(fā)合成具有特殊性能材料的“配方”或預(yù)見新型材料力學(xué)性能的計(jì)算方法。在這樣的背景條件下促使了工程力學(xué)的建立。工程力學(xué)之所以出現(xiàn)一方面是迫切要求能有一種有效的手段預(yù)知介質(zhì)和材料在極端條件下的性質(zhì)及其隨狀態(tài)參量變化的規(guī)律另一方面是近代科學(xué)的發(fā)展特別是原子分子物理和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立和發(fā)展物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律已經(jīng)比較清楚為從微觀狀態(tài)推算出宏觀特性提供了可能材料力學(xué)研究的主要問題是桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題，因此，制成桿件的物體就應(yīng)該是變形固體，而不能像理論力學(xué)中那樣認(rèn)為是剛體。變形固體的變形就成為它的主要基本性質(zhì)之一，必須予以重視。例如，在土建、水利工程中，組成水閘閘門或橋梁的個(gè)別桿件的變形會(huì)影響到整個(gè)閘門或橋梁的穩(wěn)固，基礎(chǔ)的剛度會(huì)影響到大型壩體內(nèi)的應(yīng)力分布；在機(jī)電設(shè)備中，機(jī)床主軸的變形過大就不能保證機(jī)床對(duì)工作的加工精度，電機(jī)軸的變形過大就會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子相撞，使電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至損壞等等。因此，在材料力學(xué)中我們必須把組成桿件的各種固體看做是變形固體．．．．。固體之所以發(fā)生變形，是由于在外力作用下，組成固體的各微粒的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生改變的緣故。在材料力學(xué)中，我們要著重研究這種外力和變形之間的關(guān)系。大多數(shù)變形固體具有在外力作用下發(fā)生變形，但在外力除去后又能立刻恢復(fù)其原有形狀和尺寸大小的特性，我們把變形固體的這種基本性質(zhì)稱為彈性．．，把具有這種彈性性質(zhì)的變形固體稱為完全彈性體．．．．．。若變形固體的變形在外力除去后只能恢復(fù)其中一部分，這樣的固體稱為部．分彈性體．．．．。部分彈性體的變形可分為兩部分；一部分是隨著外力除去而消失的變形，稱為彈．性變形．．．；另一部分是在外力除去后仍不能消失的變形，稱為塑性變形．．．．（殘余變形或永久變形）。嚴(yán)格地說，自然界中并沒有完全彈性體，一般的變形固體在外力作用下，總會(huì)是既有彈性變形也有塑性變形。不過，實(shí)驗(yàn)指出，像金屬、木材等常用建筑材料，當(dāng)所受的外力不超過某一限度時(shí)，可看成是完全彈性體。為了能采用理論的方法對(duì)變形固體進(jìn)行分析和研究，從而得到比較通用的結(jié)論，在材料力學(xué)中，有必要根據(jù)固體材料的實(shí)際性質(zhì)，進(jìn)行科學(xué)的抽象假定，正像在理論力學(xué)中，可以把固體當(dāng)做絕對(duì)剛體一樣。這是因?yàn)檎鎸?shí)固體的性質(zhì)非常復(fù)雜，每一門科學(xué)都只能從某一角度來研究它，即只研究其性質(zhì)的某一方面。為了研究上的方便，就有必要將那些和問題無關(guān)或影響不大的次要因素加以忽略，而只保留與問題有關(guān)的主要性質(zhì)。為此提出如下有關(guān)變形固體的基本假定。連續(xù)均勻假定根據(jù)近代物力學(xué)的知識(shí)，組成固體的各微粒之間都存在著空隙，而并不是密實(shí)的、連續(xù)的；同時(shí)，真實(shí)固體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也不是各處均勻一致的。例如，所有金屬都是結(jié)晶體物質(zhì)，具有晶體的結(jié)構(gòu)，若在同一金屬物體中取出幾個(gè)小塊，其大小和晶粒的大小差不多，則在幾個(gè)晶粒內(nèi)交接處所取出的小塊的性質(zhì)，顯然與在一個(gè)晶粒內(nèi)所取出的小塊的性質(zhì)不會(huì)相同。不過在材料力學(xué)中所研究物體的大小比晶體要大得多，從同一金屬物體不同部分所取的任何小的試件里，都會(huì)包含著非常多的、排列錯(cuò)綜復(fù)雜的晶粒。故在這些試件之間，由于個(gè)別晶粒性質(zhì)不同所引起的差別，就忽略不計(jì)了。又如混凝土物體也有類似情況，在混凝土物體中，石塊、砂子和水泥是混雜地固結(jié)在一起的，若只考慮個(gè)別的石塊、砂子和水泥微粒，它們的性質(zhì)是很不同的，但因一般混凝土建筑物的體積都比較大，我們從建筑物中取出的任一塊混凝土試件，都必定會(huì)包含很多的石塊、砂子和水泥在內(nèi)，故可認(rèn)為混凝土也是均勻材料。另外，對(duì)比組成固體的微粒大很多的物體來講，考慮微粒間空隙的存在也是沒有意義的。故可認(rèn)為，材料是毫無空隙地充滿在物體的整個(gè)幾何容積中．，且物體的性質(zhì)在各處都均勻一致的。人類從長期生產(chǎn)、生活實(shí)踐中不斷制造和改造各種工具、建筑房屋，舟車工具等。這就不能不使用各種材料，從最初使用的天然材料：石、竹、木材等到后來使用的磚、銅、鐵、水泥、塑料及各種合金等，并在長期使用過程中逐漸認(rèn)識(shí)了材料的性能，并能結(jié)合構(gòu)件受力特點(diǎn)正確使用材料。當(dāng)建筑物承受到外力的作用（或其它外在因素的影響）時(shí)，組成該建筑物的各桿件都必須能夠正常地工作，這樣才能保證整個(gè)建筑物的正常工作。為此，要求桿件不發(fā)生破壞。如建筑物的大梁斷裂時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)就無法使用。不破壞并不一定能正常工作，若桿件在外力作用下發(fā)生過大的變形，也不能正常工作。如吊車梁若因荷載過大而發(fā)生過度的變形，吊車也就不能正常行駛。又如機(jī)床主軸若發(fā)生過大的變形，則引起振動(dòng)，影響機(jī)床的加工質(zhì)量。此外，有一些桿件在荷載作用下，其所有的平衡形式可能喪失穩(wěn)定性。例如，受壓柱如果是細(xì)長的，則在壓力超過一定限度后，就有可能明顯地受彎。直柱受壓突然變彎的現(xiàn)象稱為喪失了穩(wěn)定性。桿件失穩(wěn)將造成類似房屋倒塌的嚴(yán)重后果?？偠灾?，桿件要能正常工作，必須同時(shí)滿足以下三方面的要求：（1）不會(huì)發(fā)生破壞，即桿件必須具有足§§2.4材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能對(duì)于脆性材料（鑄鐵），拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和徑縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。σbt—拉伸強(qiáng)度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強(qiáng)度指標(biāo)。布置，學(xué)了材料力學(xué)這門課程，我們不禁要提問了，窗格尺寸的極限是多么大才能保證支撐它的鋁合金材料安全，不會(huì)變形？走在大街上，我們可以看到各式各樣的廊子樣式，可以看到大小不一的窗格現(xiàn)在就將這個(gè)模型抽象出來，假設(shè)鋁合金材料是空心鋁管，厚度可以任意選擇，屈服強(qiáng)度取QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，只受玻璃給的壓力（設(shè)玻璃居中，由于給定一段鋁合金，主要承載件是玻璃，而且玻璃的相對(duì)總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于承載的鋁合金的質(zhì)量），外力是均勻分布力，設(shè)普通玻璃的密度是QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。（忽略玻璃的寬度），玻璃高度為H，取長度amm的鋁合金材料，寬度為bmm，高為hmm，如圖二所示：鋁合金玻璃abh鋁合金玻璃abh圖二玻璃安裝示意圖該結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)在鋁合金與玻璃接觸處，并且中間部位有一定的撓度（只要有承載，就一定有撓度），當(dāng)承載到一定極限時(shí)，撓度太大不滿足裝配要求了，或者承載到一定極限就會(huì)使鋁合金破壞。情形（一）：撓度w不滿足裝配要求——將圖二簡(jiǎn)化為圖三(a)所示的力學(xué)簡(jiǎn)圖，裝配要求撓度值為[w]，只要w≤[w]即可。首先，做外力矩QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，單位力力矩圖QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，如圖三(b)所示。hbhb1/4MF圖三(a)簡(jiǎn)化模型 圖三(b)彎矩圖運(yùn)用圖乘法可以求的w=，進(jìn)而，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，可以滿足裝配要求。如果給定了最大允許裝配誤差[w]，知道鋁合金管的寬b，還知道所使用的玻璃的密度ρ，那么QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，也就是玻璃不可能無限高，是有一個(gè)極限值的。情形（二）：剪切破壞——因?yàn)椴Ａ怯幸欢ǖ暮穸鹊?，設(shè)厚為δ在玻璃與鋁合金接觸的地方，有剪切力存在，考慮剪切面是矩形面，最大的剪切應(yīng)力τ=，力學(xué)簡(jiǎn)圖如圖四所示。鋁合金鋁合金玻璃圖四鋁合金側(cè)面示意圖每個(gè)截面上，剪力FQ=，切面面積,(t為鋁合金厚度)，最大剪力為τ=QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，可見，最大剪力是一個(gè)跟鋁合金長度a，寬度b，高h(yuǎn)無關(guān)的量。如果使之滿足τ≤[τ]，可以得到QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，或者QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，從這個(gè)結(jié)果我們可以看到，可以通過增加鋁合金的厚度提高承載玻璃重量，也可以通過降低玻璃的高度，從而使結(jié)果安全。以上的討論是將鋁合金結(jié)構(gòu)與玻璃理想化了的，在實(shí)際應(yīng)用中，玻璃不是直接與鋁合金接觸，中間會(huì)有玻璃緊固條，相當(dāng)于加寬了玻璃的寬度，還要考慮安裝工藝，如果玻璃緊固條與鋁合金是通過螺釘固定的，那么會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，玻璃是脆性材料，應(yīng)力集中是非常危險(xiǎn)的。所以盡量避免使用螺釘固定，如果非用不可，可以在螺釘與玻璃之間加上松軟的墊。采用規(guī)格厚的鋁合金，盡量減小窗格的高度可以有效地提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定。雖然鋁鎂合金在最近幾年得到了廣泛的應(yīng)用，但是鋁鎂合金的使用量仍然不能跟鋼鐵相提并論。自從幾千年前我們進(jìn)入鐵器時(shí)代，鐵這種金屬材料一直都扮演著人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚牟牧现?，直到今天，甚至更久的將來。鐵的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)首先源于鐵礦石的價(jià)格相對(duì)其他金屬要便宜，其次就是鋼鐵的熱處理簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，可以制造出強(qiáng)度，剛度，韌性要求不同的材料，以滿足人類某一方面的需求。在我們的日常生活中，鐵或者鋼處處可見，家里的拖拉機(jī)幾乎就是一堆鋼鐵的組合，各種田間勞作的工具，各種交通工具……下面，就以我們常見的機(jī)械式千斤頂為例，利用材料力學(xué)的知識(shí)，分析它的規(guī)格參數(shù)與強(qiáng)度要求。機(jī)械式千斤頂（如圖五(a)示），設(shè)其絲杠長度為l,有效直徑為d，彈性模量E，材料抗壓強(qiáng)度為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，承載力大小為F，規(guī)定穩(wěn)定安全因數(shù)為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。。llFBABA圖五(a)千斤頂示意圖圖五(b)千斤頂絲杠簡(jiǎn)化圖首先，計(jì)算絲桿柔度，判斷千斤頂絲桿為短粗桿，中等柔度桿，還是細(xì)長桿。絲桿可以簡(jiǎn)化為一端固定，另一端自由的壓桿（如圖五(b)所示），長度因數(shù)QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。。圓截面的慣性半徑為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，可計(jì)算柔度QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，查閱千斤頂這種材料的柔度表，將得到的QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。與之比較，確定千斤頂絲桿的性質(zhì)（一般千斤頂絲桿為中等柔度桿，但是針對(duì)具體千斤頂，應(yīng)該具體分析），最后計(jì)算臨界力QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。。如果千斤頂絲桿是細(xì)長桿，臨界力用歐拉公式QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。計(jì)算，其中E是絲桿的彈性模量；如果千斤頂絲桿是中等柔度桿，還要查閱絲桿材料數(shù)據(jù)手冊(cè)，利用經(jīng)驗(yàn)公式QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，其中a，b都是常數(shù)，可以從表里查閱到；如果千斤頂?shù)慕z桿是短粗桿，它只會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。計(jì)算所得的QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。是臨界力，實(shí)際生活中，我們是不能直接加載到這個(gè)力大小的，因?yàn)樯晕⒁粋€(gè)小的擾動(dòng)，或者材料的不均勻，都會(huì)使千斤頂失穩(wěn)，嚴(yán)重的可能造成千斤頂?shù)钠茐?，或者是支撐物的損壞，也就是我們還要人為加進(jìn)去一個(gè)安全因數(shù)QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。（大于1的常數(shù)），使加載力QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，確定好最大的安全加載力后，還要校正一下絲桿的強(qiáng)度，先假設(shè)力F作用在圓心處，且與軸線平行，此時(shí)只要滿足QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。就可以認(rèn)為加載力安全?？紤]實(shí)際生活中，千斤頂使用時(shí)承載力并不是集中力，即使將所有的力向圓心處等效，由于力作用面可能不對(duì)稱，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等效的力偶作用，假設(shè)等效力大小為QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，等效力偶為M’，受力簡(jiǎn)圖如圖六所示。F’F’M’AA圖六實(shí)際千斤頂受力向圓心簡(jiǎn)化結(jié)果此時(shí)，千斤頂?shù)慕z杠發(fā)生拉伸與扭轉(zhuǎn)的組合變形，危險(xiǎn)截面在在絲杠邊緣上各個(gè)位置。從A-A截面截開，在最靠近我們的點(diǎn)處取應(yīng)力單元體，受力分析如圖，其中QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。是壓應(yīng)力，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。是切應(yīng)力。圖七A-A截面邊緣單元體受力情況QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。是截面的抗扭截面系數(shù)，對(duì)于千斤頂絲杠來說，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，只要給定直徑d，截面面積A與截面的抗扭截面系數(shù)QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。都是已知量。最后校核這種受力狀態(tài)下的絲杠強(qiáng)度。如果采用第三強(qiáng)度理論校核，則第一主應(yīng)力（最大應(yīng)力）QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，如果采用第四強(qiáng)度理論校核，則第一主應(yīng)力QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，選擇其中一種校核，如果絲杠的第一主應(yīng)力QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，則等效后合力與合力偶滿足強(qiáng)度要求，如果不滿足這個(gè)不等式，則要想法減小QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，有兩個(gè)途徑，第一，可以減小QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，通過減小承載力F或者增大絲杠的直徑d可以達(dá)到減小壓應(yīng)力的要求；第二，可以減小QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，可以通過合理分布載荷F，使分布載荷對(duì)圓心的合力偶盡量小達(dá)到要求。從這個(gè)實(shí)例的討論中，我們不難得出這樣的結(jié)論，使用千斤頂時(shí)，盡量使載荷對(duì)稱分布，合理擺放千斤頂?shù)奈恢?，可以有效地提高千斤頂?shù)姆€(wěn)定性，保證千斤頂?shù)陌踩褂谩Ｒ陨系挠懻撌菍X合金結(jié)構(gòu)與玻璃理想化了的在實(shí)際應(yīng)用中玻璃不是直接與鋁合金接觸中間會(huì)有玻璃緊固條相當(dāng)于加寬了玻璃的寬度還要考慮安裝工藝如果玻璃緊固條與鋁合金是通過螺釘固定的那么會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中玻璃是脆性材料應(yīng)力集中是非常危險(xiǎn)的。所以盡量避免使用螺釘固定如果非用不可可以在螺釘與玻璃之間加上松軟的墊。采用規(guī)格厚的鋁合金盡量減小窗格的高度可以有效地提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定。雖然鋁鎂合金在最近幾年得到了廣泛的應(yīng)用但是鋁鎂合金的使用量仍然不能跟鋼鐵相提并論。自從幾千年前我們進(jìn)入鐵器時(shí)代鐵這種金屬材料一直都扮演著人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚牟牧现恢钡浇裉焐踔粮玫膶?。鐵的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)首先源于鐵礦石的價(jià)格相對(duì)其他金屬要便宜其次就是鋼鐵的熱處理簡(jiǎn)單技術(shù)成熟可以制造出強(qiáng)度剛度韌性要求不同的材料以滿足人類某一方面的需求。在我們的日常生活中鐵或者鋼處處可見家里的拖拉機(jī)幾乎就是一堆鋼鐵的組合各種田間勞作的工具各種交通工具…使用。當(dāng)我們討論完這兩個(gè)實(shí)例后回頭再想想我們材料力學(xué)課程的幾大知識(shí)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)它們之間的聯(lián)系是那么的密切實(shí)際生活中我們遇到的承載材料一般都不是絕對(duì)的拉壓桿軸或者梁它們往往是幾種基本變形的組合在分析時(shí)幾乎要用到我們材料力學(xué)課程里所有的知識(shí)點(diǎn)。材料力學(xué)是一門實(shí)用的學(xué)問當(dāng)我們學(xué)會(huì)了書本中的理論知識(shí)的同時(shí)也就掌握了挑選材料制造工具的能力作為工科專業(yè)的大學(xué)生我們應(yīng)該努力達(dá)到理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的能力善于發(fā)現(xiàn)身邊的材料力學(xué)的應(yīng)用善于分析各種現(xiàn)象的原因善于總結(jié)各種結(jié)構(gòu)的特性做一個(gè)富于創(chuàng)新的大學(xué)生。載能力例如建筑用的鋼筋與起重的鏈條但冷作硬化使材料變硬、變脆是加工發(fā)生困難且易產(chǎn)生裂紋這時(shí)應(yīng)采用退火處理部分或全部地材料的冷作硬化效應(yīng)。在生活中我們用的很多包裝袋上都會(huì)剪出一個(gè)小口其原理就用到了材料力學(xué)的應(yīng)力集中使里面的食品便于撕開。但是工程設(shè)計(jì)中要特別注意減少構(gòu)件的應(yīng)力集中。在工程中靜不定結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用如桁架結(jié)構(gòu)。靜不定問題的另一重要特征是溫度的變化以及制造誤差也會(huì)在靜不定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力這些應(yīng)力稱為熱應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力。為了避免出現(xiàn)過高的熱應(yīng)力蒸汽管道中有時(shí)設(shè)置伸縮節(jié)鋼軌在兩段接頭之間預(yù)留一定量的縫隙等等以削弱熱膨脹所受的限制降低溫度應(yīng)力。在工程中實(shí)際中常利用預(yù)應(yīng)力進(jìn)行某些構(gòu)件的裝配例如將輪圈套裝在輪轂上或提高某些構(gòu)件承載能力例如預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。[2]螺旋彈簧是工程中常用的機(jī)械零件多用于緩沖裝置、控制機(jī)構(gòu)及儀表中如車輛上的緩沖彈簧發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥與高壓容器安全閥中的控制彈簧彈簧稱中的測(cè)力彈簧等。生活中很多結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在工作時(shí)對(duì)于彎曲變形都有一定的要求。一類是要求構(gòu)件的位移不得超過一定的數(shù)值。例如行車大量在起吊重物時(shí)若其彎曲變形過大則小車行駛時(shí)就要發(fā)生振動(dòng)若傳動(dòng)軸的彎曲變形過大不僅會(huì)使齒輪很好地嚙合還會(huì)使軸頸與軸承產(chǎn)生不均勻的磨損輸送管道的彎曲變形過大會(huì)影響管道內(nèi)物料的正常輸送還會(huì)出現(xiàn)積液、沉淀和法蘭結(jié)合不密等現(xiàn)象造紙機(jī)的軋輥若彎曲變形過大會(huì)生產(chǎn)出來的紙張薄厚不均勻稱為廢品。另一類是要求構(gòu)件能產(chǎn)生足夠大的變形。例如車輛鋼板彈簧變形大可減緩車輛所受到的沖擊又如繼電器中的簧片為了有效地接通和斷開電源在電磁力作用下必須保證觸電處有足夠大的位移。生活中處處都是材料力學(xué)的應(yīng)用它與我們的生活密切相關(guān)。而我們需要一雙發(fā)現(xiàn)的眼睛處處留心皆學(xué)問我們需要熟練掌握材料力學(xué)的知識(shí)才能明白其中的奧秘。材料力學(xué)讓我們明白了很多以前生活不能明白的問題。我們受益匪淺而它也是學(xué)習(xí)機(jī)械方面的基礎(chǔ)是最關(guān)鍵的一門學(xué)科以后學(xué)習(xí)工作的一種工具。在許許多多工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到比較細(xì)長的壓桿，如內(nèi)燃機(jī)的氣門挺桿，螺旋千斤頂絲桿，液壓油缸活塞桿，內(nèi)燃機(jī)連桿和桁架及起重機(jī)機(jī)臂的壓桿，等等。由于制成這些桿件的材料不會(huì)絕對(duì)均勻；桿件的加工和安裝不可能沒有誤差；作用在桿上的軸力不可能和桿201的軸線完全重合；而且在工作過程中不可能不受某種偶然因素的干擾。這就要求壓桿必須是穩(wěn)定的，因?yàn)閴簵U一旦失穩(wěn)，往往會(huì)造成嚴(yán)重事故。現(xiàn)在高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的廣泛應(yīng)用，使壓桿穩(wěn)定性問題更加突出。它已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極為重要的部分。除了壓桿外，其它彈性薄壁構(gòu)件，只要壁內(nèi)有壓應(yīng)力，就同樣有可能出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。所以研究壓桿問題對(duì)實(shí)際生產(chǎn)及生活是非常有必要的。沉淀和法蘭結(jié)合不密等現(xiàn)象；造紙機(jī)的軋輥，若彎曲變形過大，會(huì)生產(chǎn)出來的紙張薄厚不均勻，稱為廢品。另一類是要求構(gòu)件能產(chǎn)生足夠大的變形。例如車輛鋼板彈簧，變形大可減緩車輛生活中機(jī)械常用的連接件，如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮其剪切應(yīng)力。汽車的傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機(jī)的主軸等發(fā)生的變形屬于扭轉(zhuǎn)變形。火車軸、起重機(jī)大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件在設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮幾個(gè)方面的變形，如車床主軸工作時(shí)同時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲及壓縮三種基本變形；鉆床立柱同時(shí)發(fā)生拉伸與彎曲兩種變形。利用材料力學(xué)中卸載與在加載規(guī)律得出冷作硬化現(xiàn)象，工程中常利用其原理以提高材料的承載能力，例如建筑用的鋼筋與起重的鏈條，但冷作硬化使材料變硬、變脆，是加工發(fā)生困難，且易產(chǎn)生裂紋，這時(shí)應(yīng)采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應(yīng)。在生活中我們用的很多包裝袋上都會(huì)剪出一個(gè)小口，其原理就用到了材料力學(xué)的應(yīng)力集中，使里面的食品便于撕開。但是工程設(shè)計(jì)中要特別注意減少構(gòu)件的應(yīng)力集中。在工程中，靜不定結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，如桁架結(jié)構(gòu)。靜不定問題的另一重要特征是，溫度的變化以及制造誤差也會(huì)在靜不定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力稱為熱應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力。為了避免出現(xiàn)過高的熱應(yīng)力，蒸汽管道中有時(shí)設(shè)置伸縮節(jié)，鋼軌在兩段接頭之間預(yù)留一定量的縫隙等等，以削弱熱膨脹所受的限制，降低溫度應(yīng)力。在工程中實(shí)際中，常利用預(yù)應(yīng)力進(jìn)行某些構(gòu)件的裝配，例如將輪圈套裝在輪轂上，或提高某些構(gòu)件承載能力，例如預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。螺旋彈簧是工程中常用的機(jī)械零件，多用于緩沖裝置、控制機(jī)構(gòu)及儀表中，如車輛上的緩沖彈簧，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥與高壓容器安全閥中的控制彈簧，彈簧稱中的測(cè)力彈簧等。生活中很多結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在工作時(shí)，對(duì)于彎曲變形都有一定的要求。一類是要求構(gòu)件的位移不得超過一定的數(shù)值。例如行車大量在起吊重物時(shí)，若其彎曲變形過大，則小車行駛時(shí)就要發(fā)生振動(dòng)；若傳動(dòng)軸的彎曲變形過大，不僅會(huì)使齒輪很好地嚙合，還會(huì)使軸頸與軸承產(chǎn)生不均勻的磨損；輸送管道的彎曲變形過大，會(huì)影響管道內(nèi)物料的正常輸送，還會(huì)出現(xiàn)積液、所受到的沖擊；又如繼電器中的簧片，為了有效地接通和斷開電源，在電磁力作用下必須保證觸電處有足夠大的位移。生活中處處都是材料力學(xué)的應(yīng)用，它與我們的生活密切相關(guān)。而我們需要一雙發(fā)現(xiàn)的眼睛，處處留心皆學(xué)問，我們需要熟練掌握材料力學(xué)的知識(shí)才能明白其中的奧秘。材料力學(xué)讓我們明白了很多以前生活不能明白的問題。我們受益匪淺，而它也是學(xué)習(xí)機(jī)械方面的基礎(chǔ)，是最關(guān)鍵的一門學(xué)科，以后學(xué)習(xí)工作的一種